机器人辅助技术增强痴呆护理:技术设计和初步可接受性

由于缺乏护理人员和日益增长的需求，为老年人提供具有成本效益的保健服务[1]，在医疗保健中使用机器人已经被敦促。尽管美国在医疗保健领域使用机器人的适应速度较慢，但世界其他地方的适应速度较快。辅助治疗技术研究的增量增长为机器人辅助技术在老年人护理中的益处提供了大量证据[2-6]。在医疗保健领域使用机器人的动机显然是受到护理需求和医疗成本上升的驱动。此外，改善医疗保健、缩短康复时间和将医疗保健带到服务不足的农村地区的社会压力增加了发明动力的势头，推动机器人作为服务和护理机器人的调试[7]。HIPAA法规以及机器人将主要用于帮助弱势群体，如患有认知障碍、慢性疾病、残疾或仅仅是生病且无法为自己说话的患者，这是医疗保健行业机器人辅助发展缓慢的一些原因。

每年全世界有770万痴呆新病例。据估计，到2050年，受痴呆症影响的人数将超过1.15亿人，再加上正式和非正式护理的成本高达数千亿美元，迫切需要技术来帮助补充和减轻其护理负担。因此，在医疗保健领域的社会辅助机器人的许多研究都旨在帮助老年痴呆症患者。照顾者的短缺需要一种可替代的解决方案，可以提供物理支持(例如帮助运动)、认知支持(例如识别物体)和情感支持(例如提供情感亲密)[9]。辅助机器人不仅可以节省费用，减轻照顾者的负担，还可以增加患者的自我动力，提高患者的生活质量[9,10]。

有人认为，作为机器的机器人没有人类的决策意识，也没有人类的激情、关怀和伦理价值观。这些都是事实，没有人可以争论这些，但值得争论的是，为什么只把照顾的负担放在人类照顾者身上?为什么不找一个机器人伴侣来帮助看护者提供护理呢?我们提出了一种具有集成传感器的移动类人机器人解决方案，它可以不断监测和跟踪生命和生理变化、周围环境等各个方面，并将获得的数据传输给护理人员和临床医生，并使用这些信息在提供护理时做出知识指导的决策。

本文将首先描述辅助机器人，然后定义辅助机器人的功能，然后分享为本研究收集的初步数据。最后，本文将讨论类人机器人在为痴呆患者提供帮助方面的优点和缺点。我们的机器人辅助技术并不打算取代人类护理人员，而是致力于增强和加强护理。

机器人最早的应用是在20世纪60年代的工业中[2,11]，1958年通用汽车公司制造了第一个可用于制造业的机器人[12]。在制造业采用机器人方面，该行业远远领先于医疗保健系统。医疗保健行业在1985年首次见证了机器人在外科手术中的准确性和到达人类难以到达的领域。近年来，几位科学家重新审视了在医疗保健领域使用机器人的趋势，并出现了反弹，而且越来越强大。通过查阅文献，发现辅助服务机器人很少，尽管对这些机器人的需求是明确确定的，可汗，机器人在医疗保健[13]。日本文化对机器人的接受程度是最高的，特别是在医疗保健领域，日本正在大力开发机器人[14,15]。虽然其他人对社交机器人[14]的想法还很犹豫，但考虑到社交机器人在医疗保健环境中增强治疗的必要性和实用性，他们正在逐渐向它迈进。许多研究已经证实了使用机器人的有效性和可行性[14,16]，以及在社交机器人存在下心理压力恢复的多项证据，尤其是在痴呆患者[14,15,17]。也有证据表明，在临床环境中使用机器人不仅减少了患者的压力，也减少了提供护理的工作人员的压力和倦怠。使用密封机器人paro进行痴呆护理已经证明对患者有许多治疗效果。 In a study AIBO, a robotic dog, was used to examine the acceptability of a social robot among dementia patients. The outcomes showed a general perception of harmlessness and friendliness among the patients for the robot. In addition, patients with more acceptability towards new technology also showed acceptance towards the usefulness of robots in their daily life [19]. Researches on social robots show improvement in cognitive capabilities of the dementia patients which help them to perform their tasks better and also has shown supporting evidence of the robot successfully able to maintain cognitive attention and boost cognition in the patients [20].

一项针对美国各地医生的关于聊天机器人的效率和使用的调查报告称，有积极和消极的反应。医生们认识到聊天机器人在特定角色和情况下的成本效益和可用性是有益的，特别是在安排预约、提供支持、激励和鼓励、教育和协助护理人员方面。另一方面，医生们也报告了对聊天机器人了解患者情绪状态的能力的担忧，人类的智能可以帮助。轻度认知障碍(MCI)是痴呆症的最早诊断阶段。辅助技术可以帮助轻度认知障碍患者的日常生活活动，使他们更加独立[10,22]。

本文介绍了一种可帮助增强痴呆患者护理的类人移动辅助机器人。我们使用了一个由Soft Banks机器人公司制造的预建机器人Pepper作为我们的移动机器人。使用预制机器人而不是制造机器人的决定是为了加快可部署机器人的交付，以协助护理。从零开始制造一个机器人将是一项冗长而耗时的任务，这将浪费宝贵的时间将辅助机器人变成可部署的形式。此外，有些科学家和制造商正致力于制造移动机器人，他们的唯一任务就是制造机器人。我们的设计不仅包括一个人形移动机器人，还包括跟踪生命体征和各种生理变化的可穿戴传感器，还包括跟踪位置、时间、温度和运动的非可穿戴传感器。因此，我们的解决方案中有三个主要组成部分:

• •一个预制机器人——Pepper
• •可穿戴传感器

功能

可穿戴传感器:可穿戴传感器将持续收集心率和血压等重要数据。此外，可穿戴传感器还将跟踪心率变异性和皮肤电导，以测量压力水平和可能发生的任何其他生理变化。这些数据将被分析并发送给机器人进行通信。

None-wearable传感器:痴呆症患者居住的房间或空间将配备传感器，以跟踪运动、动作和室温，以及时间戳。

机器人:Pepper机器人配备了摄像机、触摸、红外、开关、声纳、惯性和led等多种传感器。此外，Pepper还配备了几个执行器，以帮助移动(图1)。

图1:程序中断。

机器人传感器：机器人上的传感器将跟踪受影响个体的运动和行为，并记录并从中学习。运动跟踪和视觉识别传感器将识别和跟踪日常生活活动。机器学习算法将用于学习这些日常生活活动，并将其记录下来，以便日后检索。

机器人交流:机器人将与看护者、看护者和被它监控的人进行交流。该机器人将记录所有数据，供临床医生或护理人员稍后复查。

机器人数据分析:机器人传感器收集的数据将被持续分析，以确保患者的生命信号在正常范围内。Pepper相机的数据可以用来监测患者每次活动的变化，而分析和跟踪生理数据是患者健康状况的指标。经过一段时间，这种确证将揭示关系，帮助我们预测某些行为，如流浪、躁动等。

这种人形移动辅助机器人将为痴呆症患者提供持续和实时的监测。我们的机器人将以以下方式工作:

一旦一个人被诊断为轻度认知障碍(轻度认知障碍)，我们将为他配备一套可穿戴和非可穿戴传感器。受影响的人将被要求佩戴可穿戴传感器，非可穿戴传感器将被安装在此人居住的空间。我们的机器人被设定为跟踪受影响的个体，并跟踪和监控以下行为:

学习和记录日常生活模式

机器人上的传感器和安装在生活空间中的运动跟踪和位置传感器的数据被用来识别日常生活中的每一项活动，然后这些活动将在一段时间内被记录下来。在轻度认知障碍阶段，受影响的个体仍然有他或她的活动仍然完整，这意味着受影响的个体仍然记得他们的日常生活活动，但随着痴呆症的发展，个体将开始忘记他们的日常生活活动。当机器人在痴呆初期识别和学习日常生活活动时，当患者开始忘记日常生活活动时，这些活动将被记录和提醒。

生命体征和生理变化

传感器同步监测患者的生命体征和生理行为。例如，我们的系统将在一段时间内收集生理数据，并使用这些数据进行训练，以识别任何痴呆的行为和心理症状，这些症状是导致走神行为的主要原因[23,24]。因此，我们的系统将能够预测漫游行为，而不仅仅是识别它。我们的系统是主动预防行为，而不是反应性行为。

在部署机器人之前，我们进行了初步研究，探索我们的机器人的可接受性。这项可接受性研究只是基于我们机器人的外观。我们很好奇，想看看成年人对把机器人带回家的愿望有什么反应。

该机器人在上午11点至下午2点之间被带到一个人口密集的学生中心，在那里，路过的学生、教师和工作人员有机会与机器人互动。没有任何风险，因为没有人会做任何动作或触摸Pepper。这项初步研究没有年龄或任何其他限制，任何经过胡椒粉的人都可以参与。在机器人旁边的桌子上有两个碗——一个上面写着“我想把机器人带回家”，另一个上面写着“我不想把机器人带回家”。在碗的中间放着一大堆扣子。路人被要求在他们选择的碗里扔一个按钮。

导致程序终止的中断

所有会议文章至少需要一位作者。作者的名字应该从左到右，然后向下到下一行。这是将在将来的引用和索引服务中使用的作者序列。姓名不应按所属关系列在列或组中。请保持你的关系尽可能简洁(例如，不要区分同一组织的部门)。

当佩珀在运行一个应用程序和一个人交谈时，如果另一个人进入她的视线范围，她听到一个声音，她就会转向寻找一张脸。因此，她中断了自己的节目，开始回应对方。例如，A正在和她交谈，她听到B向她走来，转身向B，准备与B互动，留下与A的对话，即使她认出了A所说的单词(见图1)。

对话在日志中正常开始，然后中断发生了(红线处)，这时她停止了听A，然后当A再次出现在她的视野中，尽管她听到了这个人，她重新启动了程序。

机器人可接受性结果

定性的结果:我们考虑了个体的接受和拒绝反应。Pepper开始通过提问或回答问题与参与者交谈。那些急于把机器人带到家里的参与者发现它有帮助、酷、有趣、新世界、可爱、很好的陪伴、提醒，对老人、病人和懒人都很好，讲笑话的人很有趣，像瓦力!，喜欢它的外表(友好的外表)，需要一个朋友或同伴，帮助做作业，适合经常丢东西或健忘的人，娱乐，有趣，不感到孤独。然而，不喜欢Pepper陪伴的参与者提到它很可怕，感觉不舒服，需要改进它的功能，恐惧，人工智能很可怕，从云端获取数据。总的来说，从参与者那里得到的回答是“是”多于“否”。总的来说，大学生回答“是”的总数是77，而回答“否”的总数是32。

定量的结果:“是”的回答是21个，而“否”的回答是6个。这告诉我们的是，大多数回应接受辣椒，并相信辣椒伴侣会有帮助，而很少一部分人认为她令人害怕或不安。老年人似乎更喜欢把机器人带回家，因为他们需要一个朋友或同伴来聊天，让他们开心或玩得开心(表1)。

表1:定性的结果。

尽管对机器人辅助技术的需求是显而易见的，但由于这可能引起的责任和道德决策方面的担忧，利益相关者仍在犹豫。我们意识到这些问题，并考虑到它们，我们提出了一种机器人护理助理，它与几个可穿戴和非可穿戴传感器集成，为痴呆症患者提供护理。

随着人口老龄化，对护理人员的需求明显增加。除了专业的给予者外，也有证据表明家庭照顾者减少和缺乏。因此，需要一种辅助护理的替代解决方案。我们正在提出一个这样的解决方案，它将彻底改变护理工作，减轻家庭和专业护理人员的一些负担。我们的解决方案是增加护理，而不是取代人工护理人员。受痴呆症护理社会辅助机器人研究的启发，我们认为，将其与可穿戴传感器相结合，对患者进行客观健康监测，将是一种补充护理和减轻负担的创新方式。如前所述，在有社交机器人与患者互动的情况下，护理工作对护理人员来说不那么累[16]，因此，在进行社交时，如果机器人能够在其范围内执行监测活动，那么护理人员就会更轻松，并可以提高护理工作的效率。